Беспилотники в сельском хозяйстве

Караев В.В. – студент 3 курса факультета механизации с.-х.

Научный руководитель: Нартикоева Л.Г., старший преподаватель кафедры «Графика и механика» 

Актуальность проблемы контроля за сельскохозяйственными посадками в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений. Площади посевных полей требуют постоянного контроля. Но зачастую с плоскости невозможно оценить весь масштаб ситуации на полях.Поэтому для ускорения этого процесса необходимо использовать аэрофотосъемку. В сельхозпроизводстве для этого традиционно используются малая авиация (в России – самолеты типа АН-2), что достаточно дорого и зачастую не по карману малым сельхозпредприятиям. Поэтому во многих странах для контроля сельхозугодий применяются беспилотные летательные аппараты (БПЛА), стоимость которых с экономической точки зрения во много раз дешевле любого пилотируемого летального аппарата. 

Аграрии всего мира активно изучают возможности использования беспилотных летающих механизмов в сельском хозяйстве. Речь идет о некоторых видах транспортировки удобрений, а также о мониторинге пастбищ на предмет количества и качества биомассы. 

Беспилотники становятся все более актуальными в сельском хозяйстве. 

Воздушная съемка, или точнее говоря, плановая аэрофотосъемка осуществляется с помощью беспилотника с камерой, которая снимает в видимом и тепловом диапазоне. 

Почему же использование БПЛА так важно для сельского хозяйства? Потому что сельское хозяйство без большого объёма качественных данных превращается в большую проблему. Около половины «расходных материалов» на растениеводство (от жидкостей до пестицидов, фунгицидов и гербицидов) оказываются просто бесполезными, так как тратятся в большем количестве, чем нужно, или же находятся не там, где нужно, например, в канавах между, а не под, самими растениями. Последствия подобной ситуации могут быть самыми плачевными, вплоть до полной потери урожая. 

Как только в сельском хозяйстве смогут контролировать, что происходит с каждым растением, появиться возможность более точно применять химикаты. 

В небольших хозяйствах фермеры могут осуществлять контроль и вручную, но площади посевных полей не всегда позволяют это сделать оперативно. Большинство оценок, производимых в таких случаях, делаются наземным путем при помощи выезда на поля экспертной группы. С плоскости невозможно оценить весь масштаб происшествия. Поэтому для ускорения этого процесса необходимо использовать аэрофотосъемку в том числе летающих роботов – беспилотные летательные аппараты. Фермеры будут использовать пестициды и фугнициды только там, где это действительно необходимо, и в меньших количествах; таким образом, будет предотвращено заражение пищи и окружающей среды химикатами, и к тому же будут сэкономлены деньги.  

Такие дефекты при посеве, как проплешины, гибель урожая после засухи или затопления и других факторов, требуют оперативного контроля, что может предоставить только беспилотная аэрофотосъемка.  

Применение БПЛА в сельском хозяйстве дают возможность:

- создания электронных карт полей;

- инвентаризации сельхозугодий;

- оценить объем работ и контролировать их выполнение;

- вести оперативный мониторинг состояния посевов (БПЛА позволяет быстро и эффективно строить карты по всходам);

- определить индекс NDVI (Normalized Difference Vegeta вегетационный индекс);

- оценить всхожести сельскохозяйственных культур;

- прогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур;

- проверить качество пропашности;

- вести экологический мониторинг сельскохозяйственных земель.
 

Аэрофотосъемочный БПЛА запускается, взлетает и садится в автоматическом режиме (на автопилоте) по загруженному маршруту. БПЛА, пролетая по заранее спланированному маршруту, выполняет цифровую съемку местности. Результатом съемки являются снимки высокого разрешения на запрограммированных точках по GPS координатам. Выполнив аэрофотосъемочный маршрут, БПЛА приземляется в ту же точку, откуда он взлетел. Для каждого снимка получается полный набор цифровой информации координаты центральной точки данных для переноса и использования в общепринятых системах (например, ArcView или MapInfo). Таким образом, все фотографии являются геопривязанными (например с помощью ГНСС приемника Stonex S10) и их можно сшить в один большой ортофотоплан поля. Аэрофотосъемка с БПЛА может заменить спутниковые снимки высокого разрешения для сельского хозяйства (рис. 1, рис. 2). 

Рис. 1. Спутниковые снимки полей.
 

В настоящее время в сельском хозяйстве широкое применение точного земледелия. Они базируются на новом взгляде на сельское хозяйство, в котором сельскохозяйственное поле, неоднородное по рельефу, агрохимическому содержанию питательных веществ, нуждается в применении на каждом участке наиболее эффективных агротехнологий. Технологии точного земледелия направлены на повышение продуктивности, уменьшение себестоимости продукции и сохранение окружающей среды. 

Опыт использования беспилотников для аграрной аэрофотосъемки показал превосходство использования БПЛА вертолетного (мультироторного) (таких как Геоскан 401, Суперкам Х8, МИИГАиК Х4) над беспилотниками самолетного типа. 

Это связано, во-первых, с тем, что самолеты даже с коротким циклом взлета и посадки быстро выходят из строя без нормальных условий для приземления. Самолеты могут быть лишь на наиболее крупных сельскохозяйственных предприятиях, но даже там их применение ограничено наличием подходящих взлетно-посадочных площадок. 

Однако такие БПЛА как Trimble UX5 , Суперкам S350-f, Геоскан 201, Птеро-СМ, ДЕЛЬТА-М, Геоскан 101, Птеро-Е5, Trimble Gatewing X100, Суперкам S250-f, Суперкам S240-f могут обходиться без взлетно- посадочной полосы, взлетая с катапульты и приземляться на парашютной системе (рис. 3). 

Рис. 2. Снимки, полученные в результате аэросъемки полей

Рис. 3. Беспилотники с коротким циклом взлета и взлетающие с катапульты.

Рис. 4. Беспилотный аппрарат мультироторного типа.
 

Между тем вертолеты показали в тех же условиях хорошую выносливость и за 40 минут покрывали достаточно большую площадь аэрофотоснимками. 

Во-вторых, видео может оказаться более ценным, чем статичные изображения. Таким образом, создаётся ощущение, как будто фермер следит за территорией своими собственными глазами. Иногда собственный взгляд в режиме реального времени позволяет выявить проблемы и направить БПЛА туда, куда нужно, несомненно, подобный манёвр целесообразнее проводить с вертолётом (БПЛА мультироторного типа) (рис. 4). На самом деле фермеры могут даже не знать изначально, что они ищут. Иногда наиболее сложным является именно определение области поиска, и здесь важно иметь общее представление о ситуации (как в мозаичной картинке). 

БПЛА для сельского хозяйства могут решить многие вопросы быстрее и дешевле, чем спутники. Это означает, что своевременное проведеие работ, съёмка в тот же день поможет принять оперативные меры по наиболее актуальным вопросам. И в то же время, изменения ситуации во времени также будут оперативно отражены. Задача сельскохозяйственной съёмки – показать фермерам то, что они не могут увидеть с поверхности, и временные рамки в данном случае особенно важны. При проведении регулярных аэрофотосъёмок сельскохозяйственных земель ежедневно или раз в неделю и их постобработке в специализированном программном обеспечении, можно проследить динамику изменений в пределах одного и того же поля, и эти данные можно будет точно соотнести с продуктивностью земельных угодий. 

Кроме того, данные аэрофотосъёмки могут являться маркетинговым средством. Некоторые компании, занимающиеся продажей семян, проводят бесплатную аэрофотосъёмку урожая в качестве составной части продажи. В то же время, данные сельскохозяйственной съёмки представляют собой нечто большее, нежели обычное руководство для отслеживания посадок. Контроль за посадками с использованием снимков может внести качественные изменения в мониторинг сельскохозяйственных работ, поможет предотвратить лишние затраты на удобрения и воду, к тому же некоторые потребители часто готовы больше платить за продукцию, при выращивании которой использовалась аэрофотосъёмка и тем самым отдают предпочтение экологичному сельскому хозяйству и делают ставку на органическое земледелие. 

Выводы

1. Применение беспилотных аппаратов обеспечивает наблюдение за растениями в период их вегетации и быстрое выявление посевов, которые требуют срочного внесения удобрений. 

2. С помощью информации полученной беспилотниками можно более рационально использовать сельскохозяйственные машины и агрегаты, составляя электронные карты полей. 

3. Беспилотники позволяют проводить анализ результатов посевов и оперативно принять меры по совершенствованию работы механизаторов, например, оптимизировать пути следования техники, охрану посевов. 

4. Беспилотник можно применять независимо от ландшафта. 

Литература 

1. Константин Сергеев // Ресурсосберегающее земледелие. – №2. – 2013.